賈明宇，孫建春，潘海里

(重慶科技學(xué)院冶金與材料工程學(xué)院，重慶　401331)

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添加La元素對(duì)NdFeB磁體磁性能的影響*

賈明宇，孫建春，潘海里

(重慶科技學(xué)院冶金與材料工程學(xué)院，重慶401331)

采用球磨法在NdFeB中成功添加不同含量的La元素，利用VSM對(duì)不同La添加量和球磨時(shí)間的混合磁體性能進(jìn)行研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)La添加量為3%時(shí)，樣品的飽和磁化強(qiáng)度最大，矯頑力最小，當(dāng)La添加量為7%時(shí)，飽和磁化強(qiáng)度最小，矯頑力最大。添加La在5%以下時(shí)樣品矯頑力均大于NdFeB，飽和磁化強(qiáng)度在球磨時(shí)間為2.5 h除7%添加量時(shí)均大于NdFeB。當(dāng)添加量達(dá)到7%后，矯頑力增大幅度大，飽和磁化強(qiáng)度減小。

La元素；NdFeB磁體； 組織結(jié)構(gòu)； 磁性能

釹鐵硼系永磁材料作為當(dāng)今世上的“磁王”，其獨(dú)有創(chuàng)紀(jì)錄的高剩磁、高矯頑力和高的磁能積，使得NdFeB系永磁材料自問世以來，在國防、家用電器、計(jì)算機(jī)科學(xué)等重要領(lǐng)域都得到了廣泛的關(guān)注及應(yīng)用[1]。然而，面對(duì)需求量的急速增加，使至NdFeB系永磁材料及其稀土原材料的價(jià)格暴漲[2]。過高的原材料價(jià)格嚴(yán)重阻礙了第三代永磁材料在中小型產(chǎn)業(yè)的推廣與發(fā)展，使其應(yīng)用領(lǐng)域越來越窄，從長(zhǎng)遠(yuǎn)利益考慮，這種局面對(duì)于NdFeB系永磁材料未來的面向市場(chǎng)化發(fā)展會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的沖擊。因此，自NdFeB系永磁材料誕生以來，為降低其成本，人們對(duì)其進(jìn)行了大量研究。其中按一定比例在NdFeB材料中加入一定量的Ce、Sm、La等廉價(jià)稀土元素，以減少NdFeB材料中貴稀土元素Nd的含量，從而降低NdFeB的制造成本是研究的主要方法。

為此，本文選擇在NdFeB材料中加入不同含量的La，然后通過高能球磨工藝制 (Nd, La)FeB混合磁體，以降低Nd元素的含量。

1　實(shí)　驗(yàn)

以商業(yè)NdFeB粉體和化學(xué)純La粉為原料，在NdFeB粉體分別混入質(zhì)量百分比為3%、5%、7%的La元素。為了使兩種粉體混合均勻，實(shí)驗(yàn)采用高能球磨法對(duì)混合粉體進(jìn)行球磨處理。在球磨QM-3SP4J型號(hào)球磨機(jī)上進(jìn)行，球料比為10:1，轉(zhuǎn)速300 r/min的實(shí)驗(yàn)條件。由于NdFeB粉體和純La粉極易氧化，球磨時(shí)粉體都浸在有機(jī)溶劑中。對(duì)三組不同元素添加量的試樣分別球磨3 h、5 h、8 h、10 h。球磨后的試樣經(jīng)過干燥、包裹、取向處理，以便測(cè)其磁性能，其中磁場(chǎng)取向時(shí)間為40 min，磁場(chǎng)強(qiáng)度為2T。最后利用VSM測(cè)量不同制備工藝得到的磁體磁性能。

2　結(jié)果與討論

2.1添加不同 La元素混合磁體性能

如圖1所示為3%的3La含量混合磁體與原始NdFeB磁滯回線。從圖1中可以看出，經(jīng)3% La摻雜以后，NdFeB磁性能發(fā)生了變化，退磁后的剩磁上升，剩磁的上升量隨球磨時(shí)間的增加而減少，在5 h時(shí)剩磁小于NdFeB原材的剩磁，樣品的矯頑力隨球磨時(shí)間的增大而變化。磁化強(qiáng)度上升速度逐漸減小，在2.5 h是曲線基本呈90°上升。

圖1　3% La混合磁體磁滯回線Fig.1　Magnetic hysteresis loop of 3% La hybrid magnets

如圖2所示為5%的3%La含量混合磁體與原始NdFeB磁滯回線。從圖2中可以看出，經(jīng)5%La摻雜以后，NdFeB磁性能發(fā)生了變化，NdFeB的矯頑力上升，從圖中可以看出，球磨時(shí)間越長(zhǎng)，退磁后剩磁不一定越大。當(dāng)球磨時(shí)間為5 h時(shí)，剩磁變小，小于NdFeB剩磁，在球磨時(shí)間為2.5 h時(shí)剩磁高于NdFeB的剩磁，球磨時(shí)間為7.5 h是剩磁只是略高于NdFeB剩磁。圖中明顯能夠看出，當(dāng)樣品在達(dá)到飽和磁化強(qiáng)度時(shí)，磁滯曲線出現(xiàn)波動(dòng)，不再平滑。能夠看出，在接近飽和磁化強(qiáng)度時(shí)，磁化強(qiáng)度的增加速度2.5 h時(shí)最快，曲線接近于90°，5 h和7.5 h的增加速度逐漸降低，所以磁化強(qiáng)度增加速度于La和NdFeB的粒度有關(guān)。

圖2　5% La混合磁體磁滯回線Fig.2　Magnetic hysteresis loop of 5% La hybrid magnets

如圖3所示為7%的3%La含量混合磁體與原始NdFeB磁滯回線。從圖3中可以看出，經(jīng)7% La摻雜以后，NdFeB磁性能發(fā)生了變化，NdFeB的剩磁隨球磨時(shí)間的增長(zhǎng)而逐漸的增大，2.5 h和5 h小于NdFeB原材的剩磁，當(dāng)球磨時(shí)間達(dá)到7.5 h時(shí)剩磁略微超過了NdFeB。由此可以看出，La為7%時(shí)摻雜量過大，在球磨時(shí)間不夠時(shí)，對(duì)剩磁的增加作用不明顯，甚至有阻礙作用，可能是因?yàn)長(zhǎng)a的粒度大，與NdFeB的結(jié)合度不夠，當(dāng)球磨時(shí)間夠了以后La與NdFeB的粒度變小，結(jié)合度夠高的剩磁的增加作用就體現(xiàn)出來了。

圖3　7% La混合磁體磁滯回線Fig.3　Magnetic hysteresis loop of 7% La hybrid magnets

綜上所述在各個(gè)摻雜量和不同的球磨時(shí)間中，對(duì)矯頑力的增加作用最大的為L(zhǎng)a摻雜含量為7%球磨時(shí)間為7.5 h，剩磁增加量最大的La摻雜量為3%，球磨時(shí)間為2.5 h。從而得出結(jié)論，NdFeB材料的剩磁隨La摻雜量的增加而減小，NdFeB材料的矯頑力隨La含量的增加而增大，最大值在7%。La元素等于NdFeB材料磁性能的影響與起粒度和含量有關(guān)。且在含量不同的時(shí)候飽和磁化強(qiáng)度隨La含量增加而減小，磁化強(qiáng)度上升速度隨La含量的上升而減小。

2.2球磨時(shí)間和La元素含量對(duì)混合磁體性能的影響

如圖4所示為在不同La元素含量時(shí)，不同球磨時(shí)間下混合磁體主要磁性能指標(biāo)與元素含量之間的關(guān)系。從中觀察可知，對(duì)于矯頑力，含量為3%，5%的兩組式樣變化趨勢(shì)基本一致，矯頑力隨球磨時(shí)間的增大而增大，含量為7%的試樣前5 h矯頑力隨球磨時(shí)間的增大緩慢下降并在5 h時(shí)達(dá)到最低，其后隨著球磨時(shí)間的繼續(xù)增大，矯頑力逐漸增大，且其增大速度快，所以La含量為7%球磨時(shí)間7.5 h時(shí)矯頑力最大。對(duì)于回線面積，含量為3%的試樣前5 h隨球磨時(shí)間的增大回線面積增大緩慢，其后隨著球磨時(shí)間的繼續(xù)增大回線面積增大趨勢(shì)變快，含量為5%的試樣隨球磨時(shí)間的增大，先減小后增大，5 h時(shí)回線面積達(dá)到最小，含量為7%的試樣的回線面積隨球磨時(shí)間增大而增大，5 h后較5 h前，變化趨勢(shì)明顯變慢，所以La含量為7%球磨時(shí)間7.5 h時(shí)回線面積最大。對(duì)于剩磁和飽和磁化強(qiáng)度，不同含量的試樣，剩磁和飽和磁化強(qiáng)度隨球磨時(shí)間的變化趨勢(shì)基本一致，含量為3%，5%的試樣，剩磁和飽和磁化強(qiáng)度都是隨球磨時(shí)間先減小后增大，5 h時(shí)剩磁和飽和磁化強(qiáng)度達(dá)到最小，且變化趨勢(shì)明顯，含量為7%的試樣，剩磁和飽和磁化強(qiáng)度都是隨球磨時(shí)間的增大而增大。所以La含量為3%球磨時(shí)間為2.5 h剩磁最高，飽和磁化強(qiáng)度最高。

圖4　混合磁體矯頑力(a), 回線面積(b), 剩磁(c), 飽和磁化強(qiáng)度(d)與球磨時(shí)間和La含量之間的關(guān)系Fig.4　The relationship between magnet coercive force(a)， loop area change(b)， the residual magnetism(c), saturation magnetization(d) and ball milling time and La content

3　結(jié)　論

(1)球磨法可在NdFeB磁體中摻入La元素，參入對(duì)NdFeB磁性能有所改變。添加La的NdFeB磁體可獲得矯頑力

的最大值為4.633O e，剩磁最大值為70.52 emu/g，飽和磁化強(qiáng)度最大值為104 emu/g。

(2)添加La的NdFeB磁體矯頑力隨球磨時(shí)間增加而增加，剩磁、飽和磁化強(qiáng)度隨球磨時(shí)間增加而減小。

(3)添加La的NdFeB磁體矯頑力隨La含量的增加而增加，剩磁、飽和磁化強(qiáng)度隨La含量的增加而減小。

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Effect of La on the Microstructure and Properties of Sintered NdFeB Magnet*

JIAMing-yu,SUNJian-chun,PANHai-li

(School of Metallurgy and Materials Engineering, Chongqing University of Science and Technology, Chongqing 401331, China)

The effect of La addition on the magnetic properties of the NdFeB La was studied, according to NdFeB La with different content of elements of composition, to replace the VSM to determine the magnetic properties change. The La element was added by ball milling method. The experimental results showed that when the content was 3% of La, there was the saturation magnetization of the sample was maximum with the minimum coercivity, when the content was 7% of La, saturation magnetization was minimum with maximum coercivity. Addition of La at the 5% below, the coercivity was larger than NdFeB, the saturation magnetization was greater than NdFeB in the ball milling time of 2.5 h in addition of 7%. When adding amount reached 7%, the coercivity increased greatly, reduced the saturation magnetization.

La；NdFeB；microstructure；magnetic performance

重慶市大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目資助(項(xiàng)目編號(hào)：20141155003)。

賈明宇(1994-)，男，學(xué)士，主要研究方向：主要從事磁性材料研究。

孫建春，男，副教授，主要從事納微復(fù)合磁性材料研究。

TM273

A

1001-9677(2016)08-0049-03